“神七”巡天的收獲

尹懷勤

9月25日，神舟七號載人飛船順利升空，在航天員成功完成首次空間出艙活動后安全返回地面。此一壯舉樹立了中國載人航天新的里程碑。

改進后的長二F運載火箭

所有神舟號系列飛船都是由長征二號F運載火箭發射升空的。它是一種兩級半液體火箭，軸向上由兩級組成，第一級周圍捆綁著4個液體助推器，使用偏二甲肼為燃燒劑、四氧化二氮為氧化劑的雙組元液體推進劑。其高度為58.34米，最大直徑為10.17米，起飛重量為480噸，起飛推力為604噸，盛裝飛船的整流罩直徑為3.8米，能把8.1噸重的有效載荷送上太空近地軌道運行。

為了發射“神七”飛船，科研人員又對長二F火箭進行了36項技術改進，進一步提高了它的可靠性和安全性。特別是針對以往火箭上升時振動較大問題，進行了改進設計，改善了航天員乘坐的舒適性，還在火箭關鍵部位安裝了遙測圖像測量裝置，可以實時監視和記錄火箭的主要飛行動作。

火箭整流罩上面安裝著救生裝置逃逸塔。其作用是在長二F火箭起飛前5分鐘到起飛后2分鐘時間內，萬一火箭發生故障，它能幫助“神七”飛船里的3名航天員脫離危險區域并安全著陸。另外，在發射順利時，它還必須按時完成點火工作脫離箭體，讓箭船得以正常地繼續飛行。

9月25日21點10分，長二F火箭點火后垂直升空，12秒后調頭轉向，飛向東南方。隨著火箭的不斷加速和升高，然后依次進行逃逸塔分離、助推器分離、一級火箭分離、拋掉整流罩、二級火箭關機，直至二級火箭與飛船分離，把飛船送入太空預定的近地點200千米、遠地點350千米的橢圓形軌道，終于圓滿完成發射任務。

飛船的六大技術改動

神舟號系列飛船，每艘都是3艙式結構，重為7.9噸。其返回艙最大直徑為2.5米，是目前世界上可用空間最大的飛船。同“神六”飛船相比，“神七”在技術上做了多處改進，最大的改動有六處。

一是為了實現航天員出艙活動，將位于飛船前端的軌道艙改為氣閘艙。該艙是航天員從返回艙出來以后準備到太空活動的必不可少的過渡艙。這樣一來，此艙段就成為能夠滿足兩用的一個結合體。根據其支持航天員太空生活的功能，稱其為軌道艙；根據其支持航天員出艙活動的功能，稱作氣閘艙。由于艙內載荷有所增多，該艙長度稍有拉長。

二是為了保證飛船總重量的額度要求，減去了以往軌道艙用于留軌的16臺發動機及供電、供熱、測控、通信等所有平臺分系統。最明顯的是，去掉了軌道艙兩旁的太陽能電池板。這就是說，返回艙與軌道艙分離后，軌道艙不會像以前那樣仍能運行半年之久，而是墜入大氣層燒毀。

三是為了進行固體潤滑材料和太陽能電池基底薄膜材料外太空暴露試驗，在軌道艙外安裝了總重為2.265千克的材料試驗裝置。試驗樣品中有4大類13種固體潤滑材料和8片太陽能電池基底薄膜材料。航天員翟志剛出艙時將其取回，操作簡單方便。

四是為了航天員活動方便，在軌道艙內外共安裝了20多個扶手。這些扶手用作航天員的著力點，供其用手抓住后以便移動身體。

五是為了能夠釋放小衛星即放飛伴星，在軌道艙的前端增設了盛裝小衛星的裝置。小衛星既可按指令自動彈射飛出，亦可由航天員手動操作釋放。

六是為了觀測航天員出艙活動的全過程，在軌道艙、推進艙的艙體尾部分別安設了形態為長方體、重量相對更輕的攝像機。這雙“眼睛”不僅更亮，還能應對極端溫度、真空、輻射、粒子等空間環境的干擾。電視直播航天員出艙活動情況，就是這兩臺攝像機探視的結果。

性能優佳的“飛天”艙外航天服

航天員出艙活動，必須穿戴具有獨立生命保障系統的艙外航天服。我國研制的“飛天”艙外航天服是按照航天員的人體測量數據裁剪的，適合不同身高和形體的航天員使用。它能提供適宜的壓力、溫度、濕度和氣體成分，形成維持航天員健康和安全所必須的微小環境；能防止太空隕石微粒的危害，具有很高的安全可靠性和可維修性；能防火，可在純氧條件下使用；穿脫方便快捷，操作簡單，體積小，重量輕，造價低，能夠多次使用。更重要的是，它能確保航天員在艙外活動完成任務時動作的靈活性，首先是手的靈活性，其次是四肢和腰關節的靈活。

同時，我國還研制了出艙航天員必須攜帶的通信設備和電臍帶。前者既可實現有線通信，又可實現無線通信，以保證艙內外航天員之間及時溝通信息。后者能適應艙外太空環境，承擔著向艙外航天服內各組成部分供電和傳輸信號的重要使命。

此次發射“神七”飛船，我國首次派出遠望一號、二號、三號、五號和六號共5艘測量船，執行海上測控任務。它們累計跟蹤測控飛船62個弧段，約占地面整個測控覆蓋率的43％。其他弧段由各地面站進行測控。為此，除強化原有的國內外地面測控站外，又新增設了國外的智利圣地亞哥測控站。這樣一來，整個測控網可以實現連續47分鐘的信息覆蓋，為航天員的出艙活動提供了監管通信支持。

為完成后續任務奠定基礎

掌握出艙活動技術，邁出了我國載人航天工程發展戰略第二階段任務的第一步，為今后實施空間交會對接奠定了基礎。2011年我國將發射壽命為兩年的無人目標飛行器天宮一號，在接下來的兩年之內，先發射不載人的神舟八號和九號兩艘飛船，使其與天宮一號在軌道上實現自動交會對接，然后發射神舟九號載人飛船，在軌道上與天宮一號實施人工操縱的交會對接。屆時，航天員將進行出艙活動完成這一任務，從而突破空間交會對接技術。

返回艙帶回的材料試驗樣品，已在太空暴露了44個小時，滿足了預定要求的時限。這些材料研究屬國際前沿項目。試驗主要是考察原子氧對材料的侵蝕作用，獲得的結果將在航天事業發展中得到應用，以提高航天器的使用壽命。同時亦可轉為民用，從而減少機械動力裝置的能源消耗。

飛船釋放的小衛星，具有光學成像、全球衛星定位系統導航、統一S波段測控等多種功能。返回艙返回地面后，北京飛控中心通過對星上下傳數據的分析運算，生成變軌參數后注入伴飛衛星，控制其逐步接近軌道艙，并實現了圍繞軌道艙飛行。這是我國首次開展微小衛星伴隨飛行試驗，目的是為大型航天器的在軌故障診斷和安全保障奠定基礎，以便延伸和拓展航天器的功能和應用。

至于飛船與中繼衛星進行的通信試驗，對將來的航天測控則具有重要作用。“天鏈一號01星”作為靜止軌道衛星，具有觀測中、低軌道航天器的功能，可為其提供數據中繼和測控服務。飛船與它的通信成功，相當于把地面測控站移到赤道上空3.6萬千米高的靜止軌道上，既可對以后的神舟飛船實施測控，又可將飛船的數據中繼傳回地面，大大提高我國航天測控網的覆蓋率。現有陸基海基測控網對神舟飛船軌道的覆蓋率僅為14％，使用“天鏈一號01星”參與測控后，覆蓋率可達50％。僅1顆中繼衛星就可覆蓋飛船36％的軌道。

歷時68小時27分的“神七”巡天之旅，首次完成了航天員出艙活動，首次帶回了艙外材料試驗樣品，首次釋放了伴飛小衛星，首次進行了飛船與中繼衛星的通信試驗，創造了我國航天史上的四個第一。此外，“神七”飛船還搭載了多種植物種子，以直接造福于民。

責任編輯龐云